CN102469666B - 反馈稳压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反馈稳压电路，提供稳压于一多电压输出电路，其输出多个输出电压。反馈稳压电路包含一电压控制单元，耦接于这些输出电压，根据这些输出电压产生一第一电压并据以输出一电压控制信号。反馈稳压电路还包含一参考电压产生器，耦接于电压控制单元，接收电压控制信号并藉以产生一参考电压，用于反馈至多电压输出电路。
Description
技术领域
本发明有关一种监控（monitor）电路，特别是关于一种发光二极管驱动系统的效率最佳化（efficiency optimization）与错误检测（fault detection）电路。
背景技术
鉴于发光二极管（LED）的诸多优点，例如体积小、反应时间短、消耗功率低、可靠度高、大量生产可行性高，因此发光二极管普遍使用于电子装置中作为光源使用。例如，以发光二极管作为液晶显示器（LCD）的背光源，以取代传统的萤光灯管。
图1的示意图显示传统发光二极管驱动系统，其主要包含多发光二极管串（LEDstring）10、升压（boost）控制器14及升压功率级（boost power stage）电路16。
对于图1所示的传统发光二极管驱动系统，即使各发光二极管串10使用相同的电压源V--DC及相同数目的发光二极管100，然而，由于各发光二极管100之间无法完全匹配，因而使得各输入垫（input pad）11的电压不相同。为了减少发光二极管串10的功率消耗，因此在电路设计上，会馈入升压控制器14一预订的电压值，例如，1伏特电压，作为控制电压源VDC的基准，再以升压控制器14及升压功率级电路16的反馈电路设计来控制电压源VDC，使得输入垫11的电压能够稳定于该预定电压值1伏特。
然而，上述的设计无法达到所要求的精确度。因此，往往无法达到发光二极管驱动系统的效率最佳化。此外，传统发光二极管驱动系统缺乏一机制以监控发光二极管串10的失效（fault），例如发光二极管100的失效短路或开路。因此，当发生较严重的发光二极管100失效时，传统发光二极管驱动系统的升压控制器14及升压功率级电路16更是无法达到发光二极管100的效率最佳化。
因此，亟需提出一种新颖的效率最佳化与错误检测机制，以有效地监控发光二极管驱动系统，并提升其发光效率。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例揭示一种反馈稳压电路，可适用于发光二极管驱动系统，除了能够减小发光二极管驱动系统的功率消耗外，还能监控其失效异常。
根据本发明实施例，反馈稳压电路提供稳压于一多电压输出电路，其输出多个输出电压。反馈稳压电路包含电压控制单元及参考电压产生器。其中，电压控制单元耦接于这些输出电压，根据这些输出电压产生一第一电压并据以输出一电压控制信号。参考电压产生器耦接于电压控制单元，接收电压控制信号并藉以产生一参考电压，用于反馈至多电压输出电路。
附图说明
图1的示意图显示传统发光二极管驱动系统。
图2的示意图显示本发明实施例的反馈稳压电路。
图3显示了图2的模拟至数字电压转换器（ADC）的细部电路图。
图4显示了本发明实施例的低通滤波器的细部电路图。
图5显示了本发明实施例的升压控制器以及升压功率级电路的细部电路图。
主要元件符号说明
10 发光二极管串
100 发光二极管
11 输入垫
14 升压控制器
16 升压功率级电路
2 模块电路
20 多电压输出电路
21 模拟至数字电压转换器（ADC）
210 多工器
212 模拟至数字电压转换（ADC）单元
22 电压控制单元
220 逻辑单元
23 参考电压产生器
232 信号产生器
234 低通滤波器（LPF）
24 升压控制器
26 升压功率级电路
VDC 电压源
IS 电流源
R1/R2 分压电阻
RLPF 电阻
CLPF 电容
L 电感
C 电容
SW 切换晶体管
具体实施方式
图2的示意图显示本发明实施例的反馈稳压电路，其可提供稳压于多电压输出电路20，其可输出多个输出电压。在本实施例中，多电压输出电路20包含多发光二极管串（LED string）10，其亮度分别受控于多电流源IS。每一发光二极管串10包含串联之多个发光二极管100，发光二极管串10最外端发光二极管100的阳极连接至电压源VDC，而发光二极管串10最外端发光二极管100的阴极则连接至模块电路2的输入垫（pad）11。多电压输出电路20可适用于发光二极管驱动系统，例如液晶显示器的背光模块，但不以此为限。
在本实施例中，反馈稳压电路主要包含电压控制单元22及参考电压产生器23。其中，电压控制单元22耦接于这些输出电压，根据这些输出电压以产生第一电压并据以输出电压控制信号。此外，参考电压产生器23耦接于电压控制单元22，接收电压控制信号并藉以产生参考电压，用于反馈至多电压输出电路20。上述的电压控制单元22一般可整合制作于模块电路2内，而参考电压产生器23则制作于模块电路2外。然而，上述各组成方块是否制作于同一模块电路内，可视各种应用场合而定。
此外，本实施例的反馈稳压电路还可包含模拟至数字电压转换器（ADC）21，连接于多电压输出电路20并转换这些（模拟）输出电压为多数字电压。这些多电压馈至电压控制单元22，其选择这些数字电压其中之一作为上述的第一电压。图3显示本发明实施例的模拟至数字电压转换器（ADC）21的细部电路图。在本实施例中，模拟至数字电压转换器（ADC）21包含多工器210及模拟至数字电压转换（ADC）单元212。其中，多工器210接收多输入垫11的输出电压，并于每一时间选择（或取样）其中之一以馈至ADC单元212。ADC单元212则将多工器210所选择的输出电压转换为数字电压。
在本实施例中，电压控制单元22包含逻辑单元220。其中，逻辑单元220根据一预设规则选出这些数字电压其中之一作为上述的第一电压，并输出相应的一电压控制信号。在不同的实施例中，根据不同需求，可能采用不同的预设规则。例如，本实施例中，为提升多电压输出电路20的效率，电路可设计为取最小的输出电压以使多电压输出电路所消耗功率最小化。因此，逻辑单元220选择这些数字电压的最小电压作为第一电压。逻辑单元220的实施一般可以使用硬件技术、软件技术或其组合。
参考电压产生器23连接于逻辑单元220。参考电压产生器23包含信号产生器232，其根据第一电压所产生的电压控制信号而产生一波形。在本实施例中，信号产生器232为脉冲宽度调制信号产生器，其根据电压控制信号而产生不同脉冲宽度。在一实施例中，逻辑单元220将第一电压与一目标电压相比较，再以两者的差值产生电压控制信号以使信号产生器232调整脉冲宽度。详而言之，信号产生器232可依照该差值与目标电压的比值等比例调整脉冲宽度。当反馈系统达到稳态时，目标电压会被调整至逼近第一电压。而本发明一实施例藉由电压控制单元22调整第一电压之值，并进而由参考电压产生器23产生一参考电压，让目标电压跟随着第一电压的改变而调整。藉此让多输出电路所连接的电压源也跟着调整以达到系统预设或是理想值。
本实施例的参考电压产生器23还包含一低通滤波器（LPF）234，供用于自信号产生器232所输出的调制波形撷取出直流电压的部分，以作为参考电压。图4显示本发明实施例的低通滤波器（LPF）234的细部电路图，其主要包含电阻RLPF以及电容CLPF。其中，电阻RLPF连接于信号产生器232的输出端，而电容CLPF则连接于电阻RLPF与地之间。
参考电压产生器23受控于电压控制信号，藉由工作周期的调整，使得输出的参考电压也跟著作调整，进而使得多电压输出电路的电压源受调整，因而让多输出电压当中的最小电压能够稳定于目标电压。
本发明一实施例的反馈稳压电路还可包含升压控制器24以及升压功率级电路26。图5显示本发明实施例的升压控制器24以及升压功率级电路26的细部电路图。升压控制器24供比较来自参考电压产生器23输出的参考电压以及多电压输出电路的可调整电压源VDC的一分压点的电压，并据以输出一反馈控制信号至升压功率级电路26。升压功率级电路26根据反馈控制信号而使电压源VDC的分压点的电压逼近于参考电压，进而调整此可调整电压源VDC的电压值。本实施例的升压功率级电路26为包含切换式电源供器（switching power supply），其主要包含一N型金属氧化半导体（NMOS）切换晶体管SW，以及由电感L及/或电容C所组成的储能电路。NMOS切换晶体管SW受控于电压控制信号以进行电源的切换。
除了可达到反馈稳压的目的外，本实施例还可用以进行错误的检测。例如，当某一发光二极管串10的一或多个发光二极管100发生失效短路时，其相应输入垫11的输出电压的某一电压即会发生异常升高。逻辑单元220可藉由监控各发光二极管串10所相应的输入垫11电压而检测出某一发光二极管串10的短路。在另一例子中，当某一发光二极管串10的一或多个发光二极管100发生失效开路时，其相应输入垫11的电压即会发生异常降低，逻辑单元220可藉由监视发光二极管串10所相应的输入垫11电压而检测出发光二极管串10的失效开路。所检测出的失效短路或开路可进一步提供给系统其他单元作进一步的处置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求限定的范围内。
Claims (9)
1.一种反馈稳压电路，提供稳压于一多电压输出电路，该多电压输出电路包含多个发光二极管串且输出多个输出电压，该反馈稳压电路包含：
一电压控制单元，耦接于这些输出电压，根据这些输出电压产生一第一电压并据以输出一电压控制信号；
一参考电压产生器，耦接于该电压控制单元，接收该电压控制信号并藉以产生一参考电压，用于反馈至该多电压输出电路；
一模拟至数字电压转换器，连接于该多电压输出电路并转换这些输出电压为多个数字电压；其中该电压控制单元选择这些数字电压其一作为该第一电压；以及
一逻辑单元，根据一预设规则选出这些数字电压其一作为该第一电压并根据该第一电压产生该电压控制信号，且监控这些数字电压以检测出该多电压输出电路的各发光二极管串的短路或失效开路。
2.如权利要求1所述的反馈稳压电路，其特征在于，该参考电压产生器包括一信号产生器，接收该电压控制信号并产生一对应的输出信号，其中该信号产生器为一脉冲宽度调制信号产生器，根据该电压控制信号调整该输出信号的一脉冲宽度。
3.如权利要求2所述的反馈稳压电路，其特征在于，该逻辑单元将该第一电压与一目标电压相比较而产生该电压控制信号，该信号产生器据以调整该脉冲宽度。
4.如权利要求3所述的反馈稳压电路，其特征在于，该逻辑单元根据该第一电压与该目标电压的一差值产生该电压控制信号，供该信号产生器调整该脉冲宽度。
5.如权利要求4所述的反馈稳压电路，其特征在于，该逻辑单元选择这些数字电压中的一最小电压作为该第一电压。
6.如权利要求4所述的反馈稳压电路，其特征在于，该逻辑单元依照该差值与该目标电压的比值等比例产生该电压控制信号，该信号产生器据以调整该脉冲宽度。
7.如权利要求2所述的反馈稳压电路，其特征在于，上述的参考电压产生器还包含：
一低通滤波器，自该输出信号撷取一直流电压的部分作为该参考电压。
8.如权利要求1所述的反馈稳压电路，其特征在于，上述的模拟至数字电压转换器包含：
一多工器，其接收该些输出电压，并于每一时间选择其中之一；及
一模拟至数字电压转换单元，将该选择的输出电压转换为相应的该数字电压。
9.如权利要求1所述的反馈稳压电路，其特征在于，还包含：
一升压控制器，比较该参考电压以及该多电压输出电路的一可调整电压源的一分压，并产生一反馈控制信号；以及
一升压功率级电路，接收该反馈控制信号使该分压点的电压逼近于该参考电压，以提供相应的该可调整电压源。
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